THE STUDY OF TITANIUM DIOXIDE INCORPORATED TO PAINTS AS MARINE ANTIFOULING

PRODUÇÃO DE FILMES FINOS DE DIÓXIDO DE TITÂNIO EM AÇO-CARBONO PARA APLICAÇÃO ANTINCRUSTANTE.

Eder M. Ramos1*, Kevin F. de Souza1*, Murilo R. B. Zanella1, Viviane L. Soethe1, Rafael G. Delatorre 1, Moises L. Parucker 2,

1Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico de Joinville, 2Universidade Federal de Itajubá – Campus Itabira, *[e-mail],[e-mail], [e-mail], [e-mail], Rua Dr. João Colin, 2700, Bairro Santo Antônio, Joinville –SC, Brasil, CEP: 89.218-035, Fone: (47)9653-4543

INTRODUÇÃO

A bioincrustação marinha é um processo natural e acarreta em uma série de transtornos e prejuízos ao setor naval, com penas econômicas e ambientais. Estes revéses são honerosos, em especial para as embarcações, movimentando bilhões de dolares para a indústria de biocidas, de produtos de limpeza e de materiais antincrustantes (1-2).

A bioincrustação é definida como um processo resultante do acúmulo de organismos microscópicos, plantas e animais em superfície abiótica, sejam elas naturais (rochas e madeiras) ou feitas pelo homem (cais, plataformas, cascos de navio entre outros), quando imersas em ambientes líquidos naturais como rios, lagos e oceano (1; 3-4).

As preocupações com o meio ambiente e a busca no atendimento aos requisitos das legislações vigentes estão direcionando a ciência e tecnologia no desenvolvimento de soluções não biocidas. Diante disso, o uso de materiais e revestimentos com propriedades físico-química específicas, avanços na nanotecnologia e o desenvolvimento de novos modelos de superfície inspirados na natureza podem resultar em soluções ambientalmente corretas, isto é, sem agreção ao meio ambiente marinho (5).

O presente trabalho apresenta resultados do estudo de obtenção de filmes finos capazes de atender as demandas da sociedade no sentido de minimizar modificações ambientais. Para tal, filmes finos de TiO2 (dióxido de titânio), foram depositados sobre substratos de aço. A literatura tem demonstrado a eficiência de partículas de TiO2 quanto as suas propriedades bactericidas, o que motiva a utilização deste material no desenvolvimento deste trabalho (6).

MATERIAIS E MÉTODOS

Para o desenvolvimento do trabalho foram utilizados corpos de prova de aço AISI 1020, escolhidos como substrato para as deposições de filmes de TiO2, sendo este um material muito empregado no setor naval. A preparação dos substratos se deu a partir de uma barra cilíndrica de aço, cortada de modo a obter discos de 1 (uma) polegada de diâmetro e espessura de, aproximadamente, 5 mm. Os discos seccionados foram tratados metalograficamente afim de obter superfícies com baixa rugosidade.

Para a preparação dos filmes finos de TiO2 sobre estes substratos, empregou-se a técnica de deposição Triodo Magnetron Sputtering e oxigênio como gás de trabalho, uma vez que o mesmo liga-se quimicamente com o Ti (pureza de 99,9%) dando origem ao composto TiO2. A grande vantagem desta técnica para formação do TiO2 reside no fato de se poder controlar a fase cristalina do composto formado (principalmente rutilo ou anatase), o que possibilita ao filme uma maior diversidade de aplicações e propriedades.

As condições de deposição dos filmes foram: potência de 600W e pressão base de 3,0mTorr. O sistema de vácuo foi composto por um conjunto de duas bombas (sendo uma mecânica e uma turbomolecular) conectadas em série.

As amostras foram caracterizadas por meio de técnicas como perfilometria, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Previamente ao processo de deposição dos filmes finos, foram realizadas medidas da pressão parcial do gás reativo (oxigênio) em função do fluxo de gás, para deposição reativa de TiO2, obtendo o que se denomina de curva de histerese. A deposição reativa é caracterizada pela inserção de um gás reativo, que neste caso é o oxigênio, na câmara do reator, que reage quimicamente com os átomos do alvo (Ti), com a intenção de modificá-los ou formar novos compostos. A curva de histerese é obtida variando ciclicamente o fluxo de O2 na câmara, enquanto é medido o valor da pressão. Durante o aumento do fluxo de O2 na câmara do reator, a pressão inicialmente se mantém constante, indicando que todo oxigênio inserido reage com o titânio do alvo. A partir de um determinado limite de fluxo de oxigênio, verifica-se um aumento da pressão do sistema, decorrente do excesso de O2 na câmara, que torna a superfície do alvo saturada com compostos oriundos da reação entre O2 e Ti. Este fenômeno pode ser observado pelo súbito aumento de pressão no ponto crítico da curva de histerese, causado pelo excesso de O2 que não tem mais onde reagir (7). A Fig. 1 apresenta uma curva típica de histerese para este processo. Através desta curva é possível determinar a região mais adequada para obtenção de filmes estequiométricos, que é anterior à região de envenenamento do alvo, e controlar propriedades do filme em função da pressão na câmara.

Figura 1 – Curva de histerese da deposição de TiO2 a temperatura ambiente, evidenciando as condições de deposição dos filmes deste trabalho (pontos vermelhos).

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Fonte: Dados do autor (2016).

A partir da obtenção da curva de histerese, selecionou três condições do fluxo de gás oxigênio (1,6; 2,1; 3,2 sccm) para a formação de filmes de TiO2 na superfície dos substratos de aço. Os demais parâmetros e condições de trabalho permaneceram inalterados. Após a deposição todas as amostras foram resfriadas lentamente no interior da câmara de vácuo até temperatura ambiente. A Fig. 2 apresenta uma imagem das amostras após a deposição dos filmes de TiO2.